中铁九局集团第七工程有限公司 辽宁沈阳
摘 要：平转法施工的临时固结是确保施工安全的关键措施，与常规连续梁施工的临时固结相比，平转法施工的临时固结除抵抗不平衡弯矩外，还起到抵抗转体时牵引力引起的扭矩以及由此引起的主梁惯性力影响的作用，临时固结除考虑墩梁固结外，还需考虑上下转盘之间的临时固结，结合工程实践，对平转法施工的临时固结的理论分析计算和措施进行阐述。
关键词：平转法施工墩梁临时固结上下转盘之间的临时固结
1 工程概况
盘锦至营口客运专线盘锦特大桥124＃～127＃墩（80＋128＋80）m连续梁全长290.9m，平面位于半径5500m的圆曲线上，纵面位于半径25000m的竖曲线上，线路纵坡由3.072‰为-12.7‰，该梁采用平转法支架现浇施工，单幅转体梁段重120000KN，单个T构转体梁段长126m，中跨合拢段和边跨合拢段长均为2m。
通辽至新民北站客运专线通辽特大桥231＃～234＃墩（32＋48＋32）m连续梁全长113.1m，平面位于半径2500m的圆曲线上，线路纵坡-10.3‰，该梁采用平转法挂篮悬浇施工，单幅转体梁段重26000KN，单个T构转体梁段长46m，中跨合拢段和边跨合拢段长均为2m。
2 临时固结
2.1 临时固结的作用
临时固结的作用主要有三个方面：一是抵抗主梁的纵向不平衡弯矩，二是抵抗主梁的横向不平衡弯矩，三是抵抗转体时牵引力引起的扭矩以及由此引起的主梁惯性力的影响。
2.2 临时固结的工况
由于平转法施工上下转盘之间为活动可变体系，平转法施工的临时固结需要考虑两个方面，一是墩梁临时固结，一是上下转盘之间的临时固结。平转法施工梁部施工常用支架现浇和挂篮悬浇两种方式，支架现浇施工梁部时由于纵向不平衡弯矩可以由支架承受，因此可以不考虑上下转盘之间的临时固结，仅需考虑墩梁临时固结；挂篮悬浇施工梁部时墩梁临时固结和上下转盘之间的临时固结均需考虑。
2.3 临时固结的受力分析
2.3.1 抵抗纵向不平衡弯矩的临时固结受力分析
梁体纵向不平衡弯矩的计算分梁体支架现浇和挂篮悬浇两种情况。梁体支架现浇施工时，最大纵向不平衡弯矩状态为转体结构全部施工完成卸架后；梁体挂篮悬浇施工时，最大纵向不平衡弯矩状态为所有悬浇段施工完成挂篮未拆除时的状态。梁体的最大不平衡弯矩主要考虑以下因素：
a.风荷载产生的不平衡弯矩；
b.箱梁浇注过程中可能产生的局部超方；
c.中支点两侧的锯齿块不相同产生的不平衡弯矩；
d.梁体纵坡产生的不平衡荷载；
e.单侧挂篮脱落产生的不平衡荷载（梁体挂篮悬浇施工时）；
抵抗梁体纵向不平衡弯矩的因素主要有：
a.梁体自重；
b.墩梁临时固结措施；
c.上下转盘之间的临时固结措施（梁体挂篮悬浇施工时）；
2.3.2抵抗横向不平衡弯矩的临时固结受力分析
当梁体平面位于曲线上时，梁体施工时会产生一定的横向不平衡弯矩，需要考虑抵抗横向不平衡弯矩的临时固结措施。对于墩梁临时固结，由于横向不平衡弯矩往往比纵向不平衡弯矩小很多，抵抗纵向不平衡弯矩和转体牵引力引起的扭矩的墩梁固结措施通常能够抵抗横向不平衡弯矩的影响；对于上下转盘的临时固结措施，通常考虑将转动中心向曲线内侧设置横向偏心的措施用于抵抗横向不平衡弯矩的影响。
2.3.3抵抗转体时牵引力引起的扭矩的临时固结受力分析
为抵抗转体时牵引力引起的扭矩以及由此引起的主梁惯性力的影响，需要采取有效的墩梁临时固结措施。转体牵引力引起的最大扭矩为转体结构的最大静磨阻力距，主要考虑两种工况。工况一：不考虑转体结构重心偏心的情况，该工况下，仅球铰受力，撑脚不受力；工况二：考虑转体结构重心偏心的情况，该工况下，球铰与撑脚共同受力。
磨阻力矩计算的基本数据：
a. 转体设计总重力为G，
b. 球铰平面半径R，
c. 静摩擦系数μ2。
1）工况一：不考虑转体结构重心偏心的情况，该工况下，仅球铰受力，撑脚不受力，转体结构球铰处的静磨阻力矩M1=2μ2GR/3。
2）工况二：考虑转体结构重心偏心的情况，该工况下，球铰与撑脚共同受力。
转体过程中，撑脚中心距转轴中心最小距离为r，转体结构重心偏心为距e（不大于5cm，否则通过配种调整），可计算出球铰竖向反力N1与撑脚竖向反力N2，受力分析如图2.3.3-1.
球铰竖向反力N1=G（r-e）/r，撑脚竖向反力N2=Ge/r，
转体结构球铰处的静磨阻力矩M2q=2μ2N1R/3=2μ2G（r-e）R/3r，
撑脚与滑道间的静磨阻力矩M2c=μ2N2r=μ2Ge，
转体结构的静磨阻力矩M2= M2q +M2c =2μ2G（r-e）R/3r+μ2Ge=2μ2G[（r-e）R/3r+2 e]，
转体牵引力引起的扭矩取工况一和工况二中的较大值。
2.3.4 工程实例受力计算
以盘营客专盘锦特大桥（80+128+80）m转体支架现浇连续梁和通新客专通辽特大桥（32+48+32）m转体挂篮悬浇连续梁为例。
（1）盘营客专盘锦特大桥（80+128+80）m转体支架现浇连续梁
墩梁临时固结采用临时支座和钢管混凝土柱相结合的形式。
每个桥墩设4个临时支座，采用C50混凝土，临时支座纵向的中心距离为3.67m，临时支座为五边形，其尺寸为210×38×74.9×120.5×65.8cm，临时支座的受力筋采用Φ32螺纹钢筋，每个支座设46根Φ32螺纹钢筋，每个墩需要Φ32螺纹钢筋的数量分别为184根，墩身内和梁内的锚固长度分别为1.5m和1.2m。
钢管混凝土柱采用ø1000x20mm的钢管和C50的混凝土，沿纵向在桥墩两侧距离墩中心4.85m处各设1排，每排3根，钢管混凝土柱的横向间距为2.7m，每个钢管混凝土柱顶设置24根φ32预应力螺纹钢筋，锚固深度按1m考虑，在钢管混凝土柱之间设横向加强支撑、钢管混凝土柱与墩身之间设水平加强支撑，加强支撑均采用ø219x4mm的钢管。墩梁临时固结措施具体见图2.3.4-1。
每个临时支座面积S1=1175215mm2,每个钢管混凝土柱面积S2=723822.9mm2，钢管柱的面积S3=61575mm2，C50混凝土的抗压强度设计值fc =23.1Mpa，墩身采用C30混凝土，ft =1.57Mpa，Φ32螺纹钢筋的抗拉强度设计值fy=300Mpa、抗压强度设计值fy＇=300Mpa、极限抗剪强度fv=80Mpa，钢管的抗压强度设计值fy＇=210Mpa。
①抵抗纵向不平衡弯矩的计算
由于梁体采用支架现浇施工，转体梁段施工完成后，方可拆除支架。因此，纵向不平衡弯矩的最不利情况为支架拆除后，经计算，梁体最大纵向不平衡弯矩为90132 KN•m。在该情况下，梁体的自稳力矩为120000×1.835=220200 KN•m＞90132 KN•m，自稳系数η1=220200÷90132=2.44，因此，对纵向不平衡弯矩，无需考虑设置受力钢筋。
②抵抗横向不平衡弯矩的计算
墩梁之间最大的横向不平衡弯矩M=Ge=120000×0.07=8400KN•m，
其中：G为转体结构的重量，G=120000KN，
e为转动中心的横向偏心，e=7cm，
抵抗横向不平衡弯矩的精轧螺纹钢筋的力臂L=3.156m，墩梁固结采用φ32螺纹钢筋时，单根截面积A=803.84mm2, 抗拉设计强度fy=300N/mm2，抵抗横向不平衡弯矩所需的螺纹数量n=M/AfL=11.03（根），仅需12根即可满足承载力要求，实际配筋92根，完全能够满足承载力要求。
为抵抗横向不平衡弯矩的影响、确保转体结构的平衡，预先将转动中心向曲线内侧设置7cm的横向偏心。
③抵抗转体扭矩的计算
经计算，转体时牵引力引起的扭矩最大为17431KN。其中：μ为球铰的最大静摩擦系数，μ=0.1；R为下球铰平面直径，R=1.9m；G为转体重量，G=120000KN；r为滑道半径，r=4.5m；e=0.05m。Φ32普通钢筋受剪力，抗剪极限强度取80MPa，每根钢筋可以承受的剪力为：F=80×322×3.14÷4=64.3kN，在每个角上布置46根，只考虑钢筋抵抗的扭矩，钢筋力臂长度：由图上量得钢筋抗扭力臂Lmin=2.821m，钢筋可以抵抗扭矩：T=46（根数）×4（4个角）×64.3×2.821（力臂）=30796.3 KN•m，抗剪的安全系数为：η2=T/M=33396.5÷17431=1.92，满足要求。钢筋的锚固长度 =0.14×300÷1.57×32=856mm,取1.5m。
④临时固结受压计算
已知转体重量为120000KN，四个临时支座混凝土的承载力为：F1=1175215×23.1×4÷1000=108590KN,钢筋的承载力为F2=3.14×32×32÷4×300×46×4=44394KN，钢管混凝土柱的承载力为F3=108856KN,临时固结承载力F=108590+44394+108856=261840KN＞120000 KN,安全系数η3=261840÷120000=2.18，满足要求。
（2）通新客专通辽特大桥（32+48+32）m转体挂篮悬浇连续梁
墩梁临时固结采用临时支座的形式，每个主墩墩顶布置4处临时支座，临时支座设置直径25mm的精轧螺纹钢筋，相邻两临时支座中间的间距为0.7m，临时支座长2.2m、宽0.35m、高0.6m，采用C50混凝土。临时支座横桥向距离墩中心1.45m、顺桥向距离墩中心1.175m。临时支座内设置直径Φ25mm精轧螺纹锚固钢筋，每个临时支座布置10根PSB830Φ25精轧螺纹钢筋，精轧螺纹钢筋伸入桥墩和梁体的长度为1.5m。墩梁临时固结见图2.3.4-2。
上下转盘之间的临时固结利用既有反力座，在滑道内侧助推反力座设置I20a，每个反力座上设置8根I20a（单根长0.4m），同时在滑道外侧助推反力座上设置直径25mm的精轧螺纹钢，转体前的纵向反力座设置14根精轧螺纹钢筋，横向反力座上设置10根精轧螺纹钢筋，其他反力座上设置3根精轧螺纹钢筋。下转盘二次施工时，按照设计位置预埋精轧螺纹钢筋，精轧螺纹钢筋埋入下转盘长度1.5m，上下转盘之间的临时固结见图2.3.4-3。
由设计知，最大不平衡弯矩为M0=18891KN•m，相应竖向反力为N0=15936KN。
①墩梁之间的固结
墩梁之间的临时固结考虑纵、横向不平衡弯矩及转体牵引力引起的扭矩。
a.墩梁之间的纵向不平衡弯矩计算
单个临时固结受力如下：
b.墩梁之间的横向不平衡弯矩计算
墩梁之间最大的横向不平衡弯矩M=Ge=30000×0.016=1500KN•m，
其中：G为转体结构的重量，G=30000KN，
e为转动中心的横向偏心，e=1.6cm，
抵抗横向不平衡弯矩的精轧螺纹钢筋的力臂L=1.45m，
墩梁固结采用PSB830φ25精轧螺纹钢筋时，单根截面积A=490.87mm2, 抗拉设计强度f=650N/mm2，抵抗横向不平衡弯矩所需的精轧螺纹数量n=M/AfL=1.04（根），仅需2根即可满足承载力要求，实际配筋20根，完全能够满足承载力要求。
c.转体牵引力引起的扭矩的计算
经计算，转体结构最大静磨阻力矩M=3064KN•m，其中：μ为球铰的最大静摩擦系数，μ=0.1；R为下球铰平面直径，R=1.25m；G为转体重量，G=30000KN,；r为滑道半径，r=3.45m；e=0.05m。直径25mm的精轧螺纹钢筋，单根截面积A=490.87mm2,抗剪强度fv=360N/mm2，每个桥墩的精轧螺纹钢筋数量为n=40根，精轧螺纹钢筋的最小平均力臂L=1.85m，则精轧螺纹钢筋能抵抗的扭矩T=nAfvL=13077 KN•m，安全系数K=T/M=4.3，满足要求。
②上下转盘之间的临时固结
由于球铰能够承受上转盘、墩身、梁部的全部荷载，上下转盘之间的临时固结不再考虑竖向反力的影响，仅考虑不平衡弯矩的影响，同时由于转动中心横向偏心1.6cm以抵消梁体位于曲线的横向不平衡弯矩的影响，因此不平衡受力计算仅考虑纵向不平衡弯矩的影响。
纵向不平衡弯矩由两部分组成，一是工字钢抵抗的不平衡弯矩，二是精轧螺纹钢筋抵抗的不平衡弯矩。
a.工字钢抵抗的纵向不平衡弯矩
I20a的截面积A=3550mm2,抗压设计强度f=205N/mm2，反力座上的工字钢的力臂分别为L1=2.6m、L2=1.7m，每个反力座的工字钢数量n=8根，则I20a所能抵抗的不平衡弯矩：M1=nAf L1+ 2nAf L2=34932 （KN•m）。
b.精轧螺纹钢筋抵抗的纵向不平衡弯矩
直径25精轧螺纹钢筋的截面积A=490.87mm2,抗拉设计强度f=650N/mm2，反力座上精轧螺纹钢筋的力臂别为L=4.2m，反力座上的精轧螺纹钢筋数量n=14根，精轧螺纹钢筋所能抵抗的不平衡弯矩：M2=nAfL=18761（KN•m）。
工字钢与精轧螺纹钢筋所能抵抗的纵向不平衡弯矩M= M1+M2=53693KN•m,安全系数K= M/ M0=2.84，满足要求。
钢筋的锚固长度 =0.14×650/1.57×32=1449mm,取1.5m
c.反力座的抗压计算
反力座采用C50混凝土，抗压强度设计值fc=23.1N/mm2，单个反力座的受力截面积A=800×400=320000mm2，则单个反力座的抗压能力为F=Afc=7392KN，反力座上的工字钢的力臂分别为L1=2.6m、L2=1.7m，则反力座受力最大（F时）所能抵抗的纵向不平衡弯矩为M3=FL1+ 2FL2=31785.6（KN•m），安全系数K= M/ M0=31785.6/18891=1.68，满足要求。
为更好地确保施工过程中的横向不平衡和其他不利影响，横向反力座上设置10根精轧螺纹钢筋，其他反力座上设置3根精轧螺纹钢筋。
3 临时固结施工的注意事项
（1）临时固结混凝土施工要控制好质量，要振捣密实、做好养护，确保其强度达到设计要求。
（2）临时固结钢筋锚固长度要满足设计要求，不得随意切割或损坏，若锚固钢筋采用预应力筋，则不得将锚固钢筋通电。
（3）上下转盘之间的临时固结施工时提前计算好标高，确保工字钢等型钢支撑能够其实起到作用，若施工产生误差导致工字钢与上转盘顶存在空隙，应当采用钢板或其他型钢将空隙填塞密实。
4 结束语
通过盘营客专盘锦特大桥（80+128+80）m连续梁和通新客专通辽特大桥（32+48+32）m连续梁的工程实践，对于平转法施工的临时固结进行了科学的理论计算并采取了有效的施工措施，能够施工过程中的安全。
作者简介：王家贺 1984 男 学士 工程师 土木工程。
论文作者:王家贺
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/20
标签：弯矩论文; 不平衡论文; 钢筋论文; 螺纹论文; 横向论文; 纵向论文; 支座论文; 《基层建设》2016年第34期论文;